鹽酸浸出ITO廢靶材中的銦錫分離研究

范文博，李瑞迪，袁鐵錘

（中南大學(xué)粉末冶金研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410083）

鹽酸浸出ITO廢靶材中的銦錫分離研究

范文博，李瑞迪，袁鐵錘

（中南大學(xué)粉末冶金研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410083）

采用鹽酸浸出-鋁粉除錫工藝回收ITO廢靶材中的銦和錫，研究發(fā)現(xiàn)，較佳的鹽酸浸出條件為：始酸4 mol／L，溫度80℃，浸出時(shí)間2 h，雙氧水（濃度30%）為廢靶用量的10%，銦浸出率可達(dá)99.9%，錫的浸出率為38%；較佳的鋁粉除錫條件為：pH值為2，溫度60℃，鋁粉添加量為理論用量的2.1倍，錫的脫除率達(dá)99.8%，銦損耗率小于3%。

ITO；浸出；銦錫分離

稀散金屬銦是電子、電信與光電產(chǎn)業(yè)不可缺少的關(guān)鍵材料，可用于平板顯示鍍膜、高溫超導(dǎo)材料、信息材料、高性能合金等眾多高科技領(lǐng)域［1，2］。銦錫復(fù)合氧化物（ITO）更是憑借其優(yōu)秀的光電特性，被用作生產(chǎn)LCD顯示屏，其耗銦量占到總耗銦量的60%以上。因ITO在LCD生產(chǎn)領(lǐng)域還沒(méi)有替代品，其需求量還有進(jìn)一步上升趨勢(shì)［3～5］。LCD生產(chǎn)采用直流磁控濺射方法來(lái)獲得ITO薄膜，生產(chǎn)中濺射靶材利用率僅40%～60%，會(huì)產(chǎn)生大量廢靶［6，7］，因此，從廢靶中回收銦，不但能實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用，同時(shí)也蘊(yùn)含著巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

ITO廢靶回收的關(guān)鍵在于銦錫分離［8～12］，為高效回收廢靶中的銦和錫［13，14］，本文研究了鹽酸浸出-鋁粉除錫的銦錫分離技術(shù)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

青色I(xiàn)TO塊狀廢靶材，化學(xué)成分見(jiàn)表1。鋁粉（AR），鋁板（≥99.9%），12 mol／L濃鹽酸（AR），30%H2O2溶液，NaOH（AR），去離子水。

表1 ITO廢靶成分 %

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

HH-S24恒溫水浴鍋、水循環(huán)真空泵、JHS-1攪拌機(jī)等；PS-6真空型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（ICP-AES），X射線光譜分析儀（XRD）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

稀鹽酸清洗靶材表面，研磨至-74 μm粉末。在玻璃燒杯中配置浸出液400 mL，加熱至反應(yīng)溫度，稱取ITO粉末 50g（固液比 1∶8），加入浸出液中，450 r／min速度攪拌，反應(yīng)過(guò)程中間歇加去離子水保持浸出液體量。浸出完成后，抽濾分離后分析浸出液和浸出渣成分。

調(diào)節(jié)浸出液pH值至2，加入鋁粉置換除Sn2+，待溶液中Sn2+濃度低于0.001 mol／L后再經(jīng)置換、壓團(tuán)、電解等工藝制得純金屬銦。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

ITO靶材是銦錫氧化物粉經(jīng)部分還原，再經(jīng)高溫高壓壓制而成，此過(guò)程中，銦錫氧化物中有少部分被還原成低價(jià)氧化物InO、In2O、SnO等，甚至還可能出現(xiàn)少量金屬銦錫。采用鹽酸加強(qiáng)氧化劑浸出時(shí)，主要是利用氧化劑在強(qiáng)酸介質(zhì)下，將廢靶中難以浸出的低價(jià)銦氧化物氧化成易于浸出的高價(jià)銦氧化物，提高銦的浸出率和回收率。廢靶中氧化錫經(jīng)高溫煅燒后，大都變成不易溶于酸、堿的β型SnO2，浸出過(guò)程中基本上進(jìn)入渣中，只有金屬錫及少量的α型SnO2會(huì)溶解進(jìn)入溶液中。因此，浸出渣中的主要成分為β型SnO2，以及極少量的In、Pb、Cu。

2.1 反應(yīng)溫度

始酸2 mol／L鹽酸，浸出時(shí)間2 h，過(guò)氧化氫添加量10%，反應(yīng)溫度對(duì)浸出率影響如圖1所示。

圖1 浸出溫度對(duì)銦錫浸出率的影響

由圖1可以看出，溫度低于75℃，銦浸的出率隨反應(yīng)溫度升高迅速增加，在反應(yīng)溫度大于80℃時(shí)，銦的浸出率已達(dá)到99.9%。錫的浸出率也隨溫度上升而有所增加，大于85℃時(shí)浸出率約38%。

2.2 初始酸度

反應(yīng)溫度80℃，浸出時(shí)間2 h，過(guò)氧化氫添加量10%，初始酸度對(duì)浸出率影響如圖2所示。

圖2 初始酸量對(duì)銦錫浸出率的影響

由圖2可知，增大初始酸度能顯著提升銦錫浸出率，當(dāng)初始酸度達(dá)到4 mol／L時(shí)銦基本完全浸出，錫浸出率仍有增長(zhǎng)趨勢(shì)，但趨于平緩。繼續(xù)提高酸度，不僅增加成本，鹽酸揮發(fā)也會(huì)造成設(shè)備腐蝕及環(huán)境污染，綜合考慮4 mol／L為合適浸出條件，此時(shí)加入的酸量約為理論耗酸量的3倍。

2.3 反應(yīng)時(shí)間

溫度80℃，初始酸量4 mol／L，過(guò)氧化氫添加量10%，銦錫浸出率隨反應(yīng)時(shí)間變化如圖3所示。

由圖3可以看出，反應(yīng)時(shí)間超過(guò)2 h時(shí)，銦的反應(yīng)基本完全，浸出率達(dá)到99.9%，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，對(duì)銦的浸出率影響不大，而錫的浸出繼續(xù)增加趨勢(shì)明顯，為減少錫的浸出，反應(yīng)時(shí)間以2 h為宜。

2.4 氧化劑加入量

圖3 浸出時(shí)間對(duì)銦錫浸出率的影響

溫度80℃，初始酸量4 mol／L，浸出時(shí)間2 h，氧化劑過(guò)氧化氫添加量對(duì)銦錫浸出率影響如圖4所示。

圖4 氧化劑添加量對(duì)銦錫浸出率的影響

由圖4可以看出，過(guò)氧化氫的加入使銦的浸出率從96%提升至99.9%以上，但對(duì)錫的浸出率無(wú)明顯影響，過(guò)氧化氫的加入使不易酸溶的低價(jià)InO和In2O被氧化成易溶的高價(jià)銦氧化物。過(guò)氧化氫添加量達(dá)到10%時(shí)，銦的浸出率達(dá)到99.9%，故選擇10%氧化劑為合適浸出條件。

2.5 雜質(zhì)錫的脫除

在鹽酸浸出試驗(yàn)中，銦浸出率達(dá)到99.9%條件時(shí)，約有38%錫進(jìn)入浸出液，因后續(xù)采用鋁板置換銦，因此考慮采用鋁粉置換除錫。浸出液中銦離子濃度94.25g／L，錫離子濃度4.35g／L，殘余氫離子濃度約1.5 mol／L。鋁粉置換前，向浸出液加入NaOH調(diào)節(jié)浸出液pH＝2，pH過(guò)低會(huì)加大鋁粉消耗量，在反應(yīng)時(shí)會(huì)大量放熱且放出氣體，不利于反應(yīng)控制，pH過(guò)高有可能使銦、錫離子水解析出。向浸出液中加入恰好完全置換錫離子所需鋁粉理論量的1.2至2.4倍鋁粉，水浴保持反應(yīng)溫度60℃，置換時(shí)間2 h，置換結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同置換因素下的銦錫置換率

由于部分鋁粉被氫離子消耗，當(dāng)鋁粉加入量超過(guò)理論量2.0倍后，錫的除去率才達(dá)到99%以上，在鋁粉加入量為理論量2.1倍，反應(yīng)時(shí)間2 h條件下，可除去99.8%以上的錫，浸出液中剩余錫離子濃度0.01 mol／L，且銦的損耗小于 3%，是較為理想的除雜工藝。

3 結(jié) 論

1.用鹽酸加氧化劑（H2O2）浸出ITO廢靶材，銦的浸出率可達(dá)99.9%，錫浸出率為38%。較佳的浸出條件為：初始酸度4 mol／L，浸出溫度80℃，浸出時(shí)間2 h，氧化劑（H2O2）加入量10%。

2.采用鋁粉置換去除浸出液中雜質(zhì)錫，錫的脫除率可達(dá)99.5%，除錫過(guò)程中銦損失少。較好的置換條件為：pH值為2，置換溫度60℃，鋁粉加入量為理論用量的2.1倍，置換時(shí)間2 h。

3.銦錫的浸出及分離工藝可得到含錫量低于0.01 mol／L的銦浸出液，銦得總損耗約3%，浸出分離效果理想。

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Research for Indium and Tin Separation from ITO Waste Target by Method Hydrochloric Acid Leaching Process

FAN Wen-bo，LI Rui-di，YUAN Tie-chui
（School of Powder Metallurgy，Central South University，Changsha 410083，China）

The optimum reaction conditions of indium and tin separation from ITO waste target by hydrochloric acid leaching process has been investigated.Indium leaching rate of 99.9%under 4 mol／L of initial acid concentration and 10%of the added amount of hydrogen peroxide at 80℃ for 2 h。In addition to tin aluminum replacement process，get to pH＝2，temperature 60℃，the replacement time of 2 h and aluminum powder is added in an amount of 2.1 times the theoretical amount is displacement conditions。By this method we obtain the leaching solution which removal rate of tin ions is 99.8%，and indium loss rate less than 3%.

ITO；leaching；indium and tin separation

TF111.31

A

1003-5540（2015）01-0058-03

2014-12-10

范文博（1990-），男，碩士研究生，主要從事材料工程的研究。